EP1730484A1 - Verfahren zur aktiven überwachung von rohrleitungen - Google Patents

Verfahren zur aktiven überwachung von rohrleitungen

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Publication number
EP1730484A1
EP1730484A1 EP05716452A EP05716452A EP1730484A1 EP 1730484 A1 EP1730484 A1 EP 1730484A1 EP 05716452 A EP05716452 A EP 05716452A EP 05716452 A EP05716452 A EP 05716452A EP 1730484 A1 EP1730484 A1 EP 1730484A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
valve
alarm
transfer point
consumer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05716452A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Windisch
Alexander Dr. Med. Heinl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP1730484A1 publication Critical patent/EP1730484A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/26—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors
    • G01M3/28—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds
    • G01M3/2807—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds for pipes
    • G01M3/2815—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds for pipes using pressure measurements
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
    • E03B7/00—Water main or service pipe systems
    • E03B7/07—Arrangement of devices, e.g. filters, flow controls, measuring devices, siphons or valves, in the pipe systems
    • E03B7/071—Arrangement of safety devices in domestic pipe systems, e.g. devices for automatic shut-off
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/15—Leakage reduction or detection in water storage or distribution

Definitions

  • the invention relates to a method for active monitoring of pipelines which carry pressurized fluid media, as well as consumers connected to the respective pipeline or the pipeline system by means of differential pressure measurement, according to the preamble of patent claim 1.
  • sensors which are able to detect leaking water.
  • Such sensors have an alarm device that signals, for example, optically and / or acoustically leaked water.
  • damage has already occurred and a more or less large amount of water is in a building or an apartment with all known consequential damage.
  • shut-off devices are known which are integrated, for example, in the water supply hose of washing machines, dishwashers or the like consumers.
  • the integrated valve closes.
  • a minimum pressure differential is required to operate the valve.
  • DE 196 35 789 AI shows an electronic consumption measuring device for liquids or gases, two pressure sensors being provided there in the line section, with the aid of which a consumption measurement can take place. Specifically, a pressure difference measurement is used, which can also be evaluated in a time-shared manner.
  • various flow resistances in the form of orifices or nozzles can also be built into the pipes in order to bring about an artificial pressure increase at or after the flow resistances.
  • FR 2 467 388 discloses a Venturi nozzle as an orifice, which is provided in the area of sensors, the sensors being switched in the manner of a measuring bridge.
  • the state of the art also includes DE 198 14 903 C2, relating to a method for preventively shutting off a supply line for a medium depending on the consumption habits of the user and pressure measurement in the lines, and DE 197 06 564 AI, directed to a leak water Detection and stop device for the household.
  • DE 197 06 564 AI which is to be rated as generic, a differential pressure measurement with downstream processor-assisted pressure evaluation is used there.
  • a shut-off command is triggered when a predetermined water outlet is exceeded. So there is no special leak determination.
  • an abnormal condition For example, a leak is concluded and an alarm is triggered and / or the downstream piping system is shut off.
  • a valve provided at or behind the transfer point is closed, so that the downstream piping system is shut off at least for a short time.
  • the current input pressure is determined and saved.
  • the pressure drop is then determined using the stored inlet pressure value and the measured outlet pressure, and a check is carried out to determine whether the specific pressure drop per unit of time exceeds a predetermined value, from which a fault in the piping system is concluded.
  • the aforementioned valve is opened at or behind the transfer point and changes in the pressure differences between the pressure values upstream and downstream of the valve are recorded.
  • leak determination mode there is a permanent change between leak determination mode and tap mode, the change being triggered as a function of determined pressure fluctuations, caused by consumer tap points.
  • the aforementioned change of the individual modes takes place several times within an hour.
  • the alarm message or the alarm forwarding can be carried out via a public telecommunications system or a radio signal. It is conceivable here to connect the alarm device to a GSM dialing device or to an arrangement connected to the fixed telephone network.
  • the ascertained error values from the leak determination mode are stored, the alarm being triggered and / or the system being shut off when the sum of the errors which are added up in the memory exceeds a threshold value.
  • a volume flow-varying element is used, this element changing the flow rate caused by the consumer periodically or stochastically.
  • a series circuit comprising a first pressure sensor, an electrically or hydraulically actuable one Valve and a second pressure sensor are provided, control electronics being connected to the pressure sensors and the valve actuating device in order to provide an error signal when the pressure drop per unit of time is detected after a controlled valve shut-off.
  • the valve used can be a pneumatic valve or a solenoid valve with manual override, the pressure sensors being able to be designed as piezo sensors.
  • the control electronics used to implement the method include a processor, an operating unit, a power supply and interfaces for connectable peripherals.
  • the power supply can be buffered via secondary elements, i.e. In this case an uninterruptible power supply is provided.
  • the invention is based on the consideration that permanent and constant water consumption per time can represent an error in the monitored system.
  • the operator is first asked to close all water tapping points. After that, the intended valve opens and a system calibration instead. Offset errors of the sensors used and conversion errors are compensated for in this step.
  • the minimum pressure drop over a specified period of time is determined.
  • a minimal pressure drop is given, for example, by dripping taps or by toilet cisterns.
  • a maximum water consumption with the longest same flow rate is saved.
  • the bathtub is filled completely, for example, or there is a defined time limit.
  • valve is then opened and the arrangement according to the invention determines the maximum period of time that a consumer requires without changes.
  • the valve In tap operation, the valve is open and the pressure difference measured across the gap valve is determined. In this mode, only the changes in the pressure difference are used. If the pressure difference has not changed during the previously determined maximum period of time, there is either no consumer or a permanent consumer and the system automatically switches to another operating mode.
  • Leakage determination is initiated by shutting off the water supply using a valve. Furthermore, the current inlet pressure is stored here, which is a more precise measurement of the pressure drop serves within the monitoring route, since external disturbances are no longer relevant.
  • the pressure drop calculated from the stored inlet pressure and the measured outlet pressure, is compared with the minimum pressure drop per time.
  • the minimum pressure drop per time was determined during commissioning when checking the tightness of the system.
  • the result now obtained is recorded as a possible fault in the monitored system in a memory and the operation returns to the tap mode.
  • the respective status of the monitored piping system is stored in the error memory. If the leak search has ended several times with an error as a result and the total error sum exceeds a set value, a significant error within the monitored pipeline or the piping system is assumed. In this case, the valve is closed permanently and a user check or user intervention is necessary.
  • a manual override on the valve is preferably provided in the form of a bypass.
  • Fig. 1 is a diagram of the fluidics arrangement
  • FIGS. 2 to 5 flow diagrams for the different operating or analysis modes of the arrangement according to the invention.
  • the arrangement for active monitoring of pipes between a house connection 1 and the water distribution 2 is e.g. looped into an apartment building.
  • the arrangement comprises a first pressure sensor A, which is followed by a solenoid valve 3 and a second pressure sensor B in the flow direction.
  • Piezoelectric pressure sensors are preferably used as pressure sensors A, B, which are active in the range between 0 and 6 bar and have a current output in the range between 4 mA and 20 mA, which can also be used for error detection.
  • valve 3 An electromagnetic valve with indirect actuation and a manual adjustment option is used as valve 3.
  • the control electronics is connected to the pressure sensors A, B and the solenoid valve 3 and comprises an arrangement of display, buttons and interfaces or connection options for peripheral electronics, for example for forwarding a known abnormal condition or for triggering an alarm.
  • the control electronics implement the mode of operation explained in the flow diagrams according to FIGS. 2 to 5.
  • water consumption is triggered at the longest same flow rate or by using the specified time.
  • the system determines the maximum amount of time that a consumer needs without change. At the end of this possibly repeated process, commissioning is ended and an internal system error counter is initialized. 4, the valve 3 is opened and the pressure difference measured above the valve is determined, only the changes in the pressure difference being relevant here. If, as shown in FIG. 4, the pressure difference no longer changes during the previously determined maximum period of time, either no consumer is connected or there is permanent consumption, in which case the leak determination operation according to FIG. 5 and the flow diagram shown there is passed over.
  • the water supply is first shut off by means of valve 3 and the inlet pressure is measured and stored. After initializing the meter, the outlet pressure is determined. The stored inlet pressure minus outlet pressure then gives the desired and searched pressure difference. If the pressure difference is greater than a previously defined value, this is saved as an error status. At the same time, an intended error counter is incremented. If the error count is greater than 4, for example, an alarm is triggered. If this is not the case, the leak detection is defined as finished.
  • a further counter is used to check and measure the outlet pressure and then determine the pressure difference. According to the exemplary embodiment, this process can be repeated up to 120 times.
  • the relevant counter is set to 0 and the leak detection is declared finished, i.e. there is a transition to tap operation.
  • a first pressure sensor B second pressure sensor

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur aktiven Überwachung von Rohrleitungen, welche unter Druck stehende fluide Medien führen, sowie von an der jeweiligen Rohrleitung oder dem Rohrleitungssystem angeschlossenen Verbrauchern mittels Differenzdruckmessung. Erfindungsgemäss wird bevorzugt am oder hinter dem Übergabepunkt zwischen Versorgungseinrichtung und Verbraucheranschluss laufend oder in vorgegebenen Zyklen überprüft, ob über einen vorbestimmbaren Zeitraum ein permanenter und nahezu gleichbleibender Verbrauch vorliegt, wobei in diesem Falle auf einen abnormalen Zustand, beispielsweise ein Leck geschlussfolgert wird und eine Alarmauslösung und/oder Absperrung des nachgeordneten Rohrleitungssystems erfolgt. Anordnungsseitig ist am oder hinter dem Übergabepunkt zwischen Versorgungseinrichtung und Verbraucheranschluss eine Reihenschaltung aus einem ersten Drucksensor, einem elektrisch oder hydraulisch betätigbaren Ventil und einem zweiten Drucksensor vorgesehen, wobei eine Steuerelektronik mit den Drucksensoren und der Ventilbetätigungseinrichtung verbunden ist, um bei erkanntem Druckabfall pro Zeiteinheit nach gesteuerter Ventilabsperrung ein Fehlersignal bereitzustellen.

Description

Verfahren zur aktiven Überwachung von Rohrleitungen Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur aktiven Überwachung von Rohrleitungen, welche unter Druck stehende fluide Medien führen, sowie von an der jeweiligen Rohrleitung oder dem Rohrleitungssystem angeschlossenen Verbrauchern mittels Differenzdruckmessung, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Für Rohrleitungssysteme, z.B. eine Hauswasserversorgung, sind Anordnungen vorbekannt, welche Sensoren enthalten, die in der Lage sind, ausgelaufenes Wasser zu detektieren. Derartige Sensoren verfügen über eine Alarmeinrichtung, die beispielsweise optisch und/oder akustisch ausgetretenes Wasser signalisiert. In allen Fällen der Anwendung derartiger Sensoren ist jedoch bereits ein Schaden aufgetreten und eine mehr oder minder große Wassermenge befindet sich in einem Gebäude oder einer Wohnung mit allen bekannten Folgeschäden.
Darüber hinaus sind mechanische Absperreinrichtungen vorbekannt, welche beispielsweise im Wasserzuführschlauch von Waschmaschinen, Spülmaschinen oder dergleichen Verbrauchern integriert sind. Bei plötzlichen Druckveränderungen, z.B. beim Platzen des Wasserzuführ- schlauchs oder beim Abrutschen dieses aus einer Schlauchtülle, erfolgt ein Schließen des integrierten Ventils. Hierbei kann zwar die austretende Wassermenge minimiert werden, jedoch sind derartige Lösungen des Standes der Technik nicht geeignet, um komplexe Roh rleitungen oder Rohrleitungssysteme mit mehreren angeschlossenen Verbrauchern zu überwachen. Darüber hinaus ist eine Mindestdruckdifferenz notwendig, um eine Ventilbetätigung zu bewirken.
Die DE 196 35 789 AI zeigt eine elektronische Verbrauchsmesseinrichtung von Flüssigkeiten oder Gasen, wobei dort zwei Drucksensoren im Leitungs- wegabschnitt vorgesehen sind, mit deren Hilfe eine Verbrauchsmessung stattfinden kann. Konkret wird dort auf eine Druckdifferenzmessung abgestellt, welche auch zeitgeteilt bewertet werden ka nn. Ergänzend wird in der zitierten Offenlegungsschrift erläutert, dass auch verschiedene Strömungswiderstände in Form von Blenden oder Düsen in die Rohre eingebaut sein können, um eine künstliche Druckerhöhung an bzw. nach den Strömungswiderständen zu bewirken.
Zum Stand der Technik ist noch auf die FR 2 467 388 zu verweisen, welche als Blende eine Venturi-Düse offenbart, die im Bereich von Sensoren vorgesehen ist, wobei die Sensoren nach Art einer Messbrücke geschaltet werden.
Bei der DE 43 08 313 AI ist eine Vorrichtung zur Bestimmung der Durchflussrate eines fluiden Mediums nach dem Differenzdruckprinzip beschrieben. Dort wird herausgestellt, dass der erforderliche Wirkdruck an einer Drosselstelle durch einen verengten Flussquerschnitt innerhalb einer kurzen Wegstrecke zu erzeugen ist, was jedoch dann, wenn kleinste Durchflussraten bestimmt werden müssen, zu sehr engen Querschnitten führt, mit der Folge möglicher Verstopfungen in der Wirkdruckleitung.
Aus dem vorstehend erläuterten Stand der Technik ist allerdings nur bekannt, die Differenzdruckmessung zum Zweck der Verbrauchsbestimmung bei Flüssigkeiten einzusetzen. Irgendwelche Anregungen, ein diesbezügliches Verfahren zur tatsächlichen Leckbestimmung unter Beachtung auch sehr starker Druckschwankungen, die vom normalen Verbrauch herrühren, anzuwenden, können den bekannten Lösungen nicht entnommen werden.
Zum Stand der Technik gehören weiter die DE 198 14 903 C2, betreffend ein Verfahren zum vorbeugenden Absperren einer Versorgungsleitung für ein Medium in Abhängigkeit von den Konsumgewohnheiten der Benutzer und Druckmessung in den Leitungen, sowie die DE 197 06 564 AI, gerichtet auf eine Leckwasser-Erfassungs- und Stopeinrichtung für den Haushalt.
Bezüglich der DE 197 06 564 AI, die als gattungsgemäß zu bewerten ist, wird dort auf eine Differenzdruckmessung mit nachgeschalteter Prozessor- unterstützter Druckauswertung abgestellt. Betrachtet man die Offenbarung nach DE 197 06 564 AI, so ist festzuhalten, dass dort ein Absperrkommando beim Überschreiten eines vorbestimmten Wasseraustritts ausgelöst wird. Es findet also keine spezielle Leckbestimmung statt. Im Gegenteil hierzu wird vorgeschlagen, einen weiteren, den Wasserverbrauch erfassen- den Durchflussmengenzähler vorzusehen, wobei dessen Messdaten im Regelgerät eine Beurteilung für wahre Leckagen ermöglichen sollen.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Verfahren zur aktiven Überwachung von Rohrleitungen anzu- geben, welche unter Druck stehende fluide Medien führen, sowie von an der jeweiligen Rohrleitung oder dem Rohrleitungssystem angeschlossenen Verbrauchern, wobei auf das an sich bekannte Prinzip der Differenzdruckmessung zurückgegriffen wird. Mit dem zu schaffenden Verfahren soll also die Möglichkeit bestehen, ein gesamtes Rohrleitungssystem, z.B. in einem Wohnhaus mit mehreren ganz unterschiedlichen angeschlossenen
Verbrauchern, Armaturen, Leitungen und so weiter zu überwachen, wobei gleichzeitig die Möglichkeit besteht, im Alarmfall, d.h. bei erkannter Havarie, eine komplette Absperrung des das fluide Medium führenden Rohrleitungssystems vorzunehmen.
Darüber hinaus ist sicherzustellen, dass eine auf dem Verfahren basierende Anordnung zur aktiven Überwachung kostengünstig herstellbar und mit vertretbarem Aufwand montierbar ist, ohne dass nachteilige Folgen für die Strömungsverhältnisse im System beim Betrieb einer erfindungsgemäß ergänzten Anlage resultieren.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt gemäß Definition nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen beinhalten.
Demnach wird bevorzugt am oder hinter dem Übergabepunkt zwischen Versorgungseinrichtung und Verbraucheranschluss, z.B. dem Haus- anschluss, laufend oder in vorgegebenen Zyklen überprüft, ob über einen vorbestimmbaren Zeitraum ein permanenter und nahezu gleichbleibender Verbrauch vorliegt. In diesem Falle wird auf einen abnormalen Zustand, beispielsweise ein Leck geschlussfolgert und es erfolgt eine Alarmauslösung und/oder die Absperrung des nachgeordneten Rohrleitungssystems.
Im Leckbestimmungsbetrieb wird ein am oder hinter dem Übergabepunkt vorgesehenes Ventil geschlossen, so dass das nachgeordnete Rohrleitungssystem zumindest kurzzeitig abgesperrt ist. In diesem Zustand wird der momentan vorliegende Eingangsdruck ermittelt und abgespeichert. Hiernach wird der Druckabfall unter Rückgriff auf den abgespeicherten Eingangsdruckwert und den gemessenen Ausgangsdruck bestimmt und es erfolgt eine Überprüfung, ob der bestimmte Druckabfall pro Zeiteinheit einen vorgegebenen Wert überschreitet, woraus auf einen Fehler im Rohrleitungssystem geschlussfolgert wird.
Im sogenannten Zapfbetrieb wird das vorerwähnte am oder hinter dem Übergabepunkt vorgesehene Ventil geöffnet und es erfolgt eine Erfassung von Änderungen der Druckdifferenzen der Druckwerte vor und hinter dem Ventil.
Bei sich über einen vorgegebenen Zeitraum nicht mehr ändernden Druck- differenzwerten erfolgt ein Wechsel der Betriebsmodi.
Grundsätzlich wird ein Wechsel zwischen Leckbestimmungsbetrieb und Zapfbetrieb permanent vorgenommen, wobei der Wechsel in Abhängigkeit von ermittelten Druckschwankungen, verursacht durch Verbraucherzapfstellen, ausgelöst wird. Im Regelfall erfolgt der vorerwähnte Wechsel der einzelnen Modi mehrmals innerhalb einer Stunde.
Die Alarmmeldung oder die Alarmweiterleitung kann über ein öffentliches Telekommunikationssystem oder ein Funksignal vorgenommen werden. Denkbar ist hier der Anschluss der Alarmeinrichtung an eine GSM-Wähl- einrichtung oder an eine mit dem Telefon-Festnetz verbundene Anordnung.
Die ermittelten Fehlerwerte aus dem Leckbestimmungsbetrieb werden abgespeichert, wobei eine Alarmauslösung und/oder Absperrung des Systems dann erfolgt, wenn die Fehlersumme, die im Speicher aufaddiert wird, einen Schwellwert überschreitet. Im Falle des Betriebs von Verbrauchern mit beabsichtigter langer, kontinuierlicher Medienentnahme, z.B. zur Gartenbewässerung, wird ein Volumenstrom variierendes Element eingesetzt, wobei dieses Element die verbraucherbedingte Durchflussrate periodisch oder stochastisch ändert.
Anordnungsseitig ist zur aktiven Überwachung von Rohrleitungen, welche unter Druck stehende fluide Medien führen, sowie von an der jeweiligen Rohrleitung oder dem Rohrleitungssystem angeschlossenen Verbrauchern mittels Druckdifferenzmessung am oder hinter dem Übergabepunkt zwischen Versorgungseinrichtung und Verbraucheranschluss eine Reihenschaltung aus einem ersten Drucksensor, einem elektrisch oder hydraulisch betätigbaren Ventil und einem zweiten Drucksensor vorgesehen, wobei eine Steuerelektronik mit den Drucksensoren und der Ventilbetätigungseinrich- tung verbunden ist, um bei erkanntem Druckabfall pro Zeiteinheit nach gesteuerter Ventilabsperrung ein Fehlersignal bereitzustellen.
Das eingesetzte Ventil kann ein pneumatisches Ventil oder ein Magnetventil mit Handhilfsbetätigung sein, wobei die Drucksensoren als Piezosensoren ausführbar sind.
Die Steuerelektronik, welche zur Realisierung des Verfahrens eingesetzt wird, umfasst einen Prozessor, eine Bedieneinheit, eine Stromversorgung und Schnittstellen für anschließbare Peripherie. Zur Vermeidung von Problemen beim Netzausfall kann die Stromversorgung über Sekundärelemente gepuffert werden, d.h. es ist in diesem Fall eine unterbrechungsfreie Stromversorgung vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass ein permanenter und gleichbleibender Wasserverbrauch pro Zeit einen Fehler im überwachten System darstellen kann.
Für die Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Anordnung wird zunächst der Bediener aufgefordert, alle Wasserentnahmestellen zu schließen. Hiernach öffnet sich das vorgesehene Ventil und es findet eine System- kalibrierung statt. Offset-Fehler der eingesetzten Sensoren und Wandlungsfehler werden bei diesem Schritt kompensiert.
Gleiches gilt für Druckschwankungen, gegeben durch den Sensorabstand und die natürlichen Schwankungen des Versorgungsdrucks verursacht durch Verbraucher außerhalb des überwachten Systems oder durch den Wasser- versorger selbst.
Fakultativ kann nun die Dichtigkeit des Gesamtsystems überprüft werden.
Nach dem Schließen des Ventils wird der minimale Druckabfall über einen festgelegten Zeitraum ermittelt. Ein solcher minimaler Druckabfall ist beispielsweise durch tropfende Wasserhähne oder durch WC-Spülkästen gegeben.
In einem nächsten Schritt wird ein maximaler Wasserverbrauch mit der längsten gleichen Flussrate gespeichert. Hierfür wird beispielsweise die Badewanne komplett gefüllt oder es erfolgt eine definierte Zeitvorgabe.
Im Anschluss wird das Ventil geöffnet und die erfindungsgemäße Anordnung ermittelt die maximale Zeitspanne, welche ein Verbraucher ohne Änderungen benötigt.
Im Zapfbetrieb ist das Ventil geöffnet und es wird die Druckdifferenz, gemessen über dem Spaltventil, ermittelt. In diesem Modus wird nur auf die Änderungen der Druckdifferenz abgestellt. Sollte sich die Druckdifferenz während der vorher ermittelten maximalen Zeitspanne nicht mehr geändert haben, so ist entweder kein Verbraucher oder ein permanenter Verbraucher vorhanden und das System führt einen automatischen Wechsel in einen anderen Betriebsmodus durch.
Der Leckbestimmungsbetrieb wird durch das Absperren der Wasserversorgung mittels Ventil eingeleitet. Weiterhin wird hier der momentane Eingangsdruck abgespeichert, was der exakteren Messung des Druckabfalls innerhalb der Überwachungsstrecke dient, da Störungen von außen nunmehr nicht relevant sind.
Bei geschlossenem Ventil wird der Druckabfall, errechnet aus dem gespei- cherten Eingangsdruck und dem gemessenen Ausgangsdruck mit dem minimalen Druckabfall pro Zeit verglichen. Der minimale Druckabfall pro Zeit wurde bei der Inbetriebnahme bei der Überprüfung der Dichtigkeit des Systems festgelegt bzw. bestimmt.
Sollte dieser Druckabfall pro Zeit überschritten werden, so ist entweder ein Leck im System vorhanden oder ein Verbraucher benötigt für eine längere Zeit Wasser, als im Inbetriebnahmemodus festgelegt wurde.
Das nun erhaltene Ergebnis wird als ein möglicher Fehler des überwachten Systems in einem Speicher festgehalten und der Betrieb geht wieder in den Zapfmodus über.
Sollte jedoch der Druckabfall pro Zeit nicht überschritten werden, so wird von einem ordnungsgemäßen Zustand ausgegangen und es erfolgt ein Löschen des Fehlerspeichers. Das System geht dann wieder in den Zapfmodus über.
Wie dargelegt, findet üblicherweise ein permanenter Wechsel zwischen dem Zapf- und dem Leckbestimmungsbetrieb statt. Dieser Wechsel ist jedoch für den Nutzer nicht spürbar, da das Umschalten sehr schnell erfolgt und die Druckabfälle beim Aus- und Einschalten bzw. beim Aktivieren des Ventils sehr gering sind.
Der jeweilige Zustand des überwachten Rohrleitungssystems ist im Fehler- Speicher abgelegt. Sollte mehrfach die Lecksuche mit einem Fehler als Ergebnis beendet worden sein und die addierte Fehlersumme einen eingestellten Wert überschreiten, so wird von einem signifikanten Fehler innerhalb der überwachten Rohrleitung bzw. des Rohrleitungssystems ausgegangen. In diesem Falle wird das Ventil dauerhaft geschlossen und es ist eine benutzerseitige Überprüfung bzw. ein Benutzereingriff notwendig. Zur Überbrückung der Schutzfunktion, z.B. bei einem Brand oder einem Gerätedefekt ist bevorzugt eine Handhilfsbetätigung am Ventil im Sinne eines Bypass vorgesehen.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
Fig. 1 ein Schema der Fluidik-Anordnung und
Fig. 2 bis 5 Flussdiagramme für die verschiedenen Betriebs- bzw. Analysemodi der erfindungsgemäßen Anordnung.
Gemäß Fig. 1 ist die Anordnung zur aktiven Überwachung von Rohrleitungen zwischen einem Hausanschluss 1 und der Wasserverteilung 2 z.B. eines Mehrfamilienhauses eingeschleift.
Die Anordnung umfasst einen ersten Drucksensor A, dem in Flussrichtung ein Magnetventil 3 und ein zweiter Drucksensor B nachgeordnet ist.
Als Drucksensoren A, B finden bevorzugt piezoelektrische Druckaufnehmer Anwendung, welche im Bereich zwischen 0 und 6 bar aktiv sind und einen Stromausgang im Bereich zwischen 4 mA und 20 mA besitzen, der darüber hinaus zur Fehlererkennung nutzbar ist.
Als Ventil 3 wird ein elektromagnetisches Ventil mit indirekter Betätigung und einer Handhilfs-Einstellmöglichkeit eingesetzt.
Die figürlich nicht dargestellte Steuerelektronik ist mit den Drucksensoren A, B und dem Magnetventil 3 verbunden und umfasst eine Anordnung aus Display, Tastern und Schnittstellen bzw. Anschlussmöglichkeiten für Peripherieelektronik, z.B. zur Weiterleitung eines bekannten abnormalen Zustands respektive zur Alarmauslösung. Die Steuerelektronik realisiert die in den Flussdiagrammen gemäß Fig. 2 bis 5 erläuterte Funktionsweise.
Die Beschreibung der einzelnen Flussdiagramme nach Fig. 2 bis 5 gilt als ausdrückliche erfindungswesentliche Offenbarung, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen auf die dortigen Erläuterungen in den Fig. 2 bis 5 verwiesen wird.
Im Inbetriebnahmemodus erfolgt zunächst eine Aufforderung dahingehend, dass alle denkbaren Entnahmestellen, d.h. möglicherweise angeschlossene Verbraucher, geschlossen werden müssen. Im Anschluss an eine o.k.- Bestätigung über eine vorgesehene Bedientastatur der Steuerelektronik wird dann ein Öffnen des Ventils 3 gemäß Fig. 1 eingeleitet. Hiernach erfolgt ein Ermitteln von minimalen und maximalen Werten der Drucksensoren A und B, beispielsweise in einem Zeitraum von 5 Minuten. Diese Messwerte werden gewandelt und in einem systeminternen Speicher abgelegt. Aus diesen Werten erfolgt eine Berechnung des Betrags der maximalen Steigung der Druckdifferenz zwischen Sensor A und B und eine Ermittlung der Mittelwerte aus den minimalen und maximalen Werten für jeden Sensor separat. Aus diesen Werten wird zum einen eine Filterkonstante und zum anderen ein möglicher Offset-Fehler bestimmt.
Wenn kein Dichtigkeitstest notwendig ist, werden Systemstandardwerte für die weitere Auswertung bzw. den weiteren Betrieb der Anordnung genutzt.
Im weiteren Schritt der Inbetriebnahme erfolgt dann das Auslösen eines Wasserverbrauchs mit der längsten gleichen Flussrate oder unter Rückgriff auf die Zeitvorgabe.
Hiernach ermittelt das System die maximale Zeitspanne, welche ein Verbraucher ohne Änderung benötigt. Im Abschluss dieses gegebenenfalls wiederholten Vorgangs wird die Inbetriebnahme beendet und es erfolgt ein Initialisieren eines systeminternen Fehlerzählers. Beim Zapfmodus gemäß Fig. 4 erfolgt das Öffnen des Ventils 3 und es wird die Druckdifferenz gemessen über dem Ventil ermittelt, wobei hier lediglich die Änderungen der Druckdifferenz relevant sind. Dann, wenn wie in Fig. 4 gezeigt, sich die Druckdifferenz während der vorher bestimmten maximalen Zeitspanne nicht mehr ändert, ist entweder kein Verbraucher angeschlossen oder es liegt ein permanenter Verbrauch vor, wobei dann in den Leckbestimmungsbetrieb gemäß Fig. 5 und dem dort gezeigten Flussdiagramm übergegangen wird.
Beim Leckbestimmungsbetrieb wird zunächst die Wasserversorgung mittels Ventil 3 abgesperrt und es erfolgt ein Messen und Abspeichern des Eingangsdrucks. Nach Zählerinitialisieren wird der Ausgangsdruck ermittelt. Der gespeicherte Eingangsdruck abzüglich Ausgangsdruck ergibt dann die gewünschte und gesuchte Druckdifferenz. Wenn die Druckdifferenz größer als ein vorher definierter Wert ist, wird dies als Fehlerstand abgespeichert. Gleichzeitig erfolgt ein Inkrementieren eines vorgesehen Fehlerzählers. Ist der Fehlerzählerstand beispielsweise größer 4, erfolgt eine Alarmauslösung. Ist dies nicht der Fall, wird die Lecksuche als beendet definiert.
Dann, wenn die Druckdifferenz nicht größer als der vordefinierte Wert ist, erfolgt unter Setzen eines weiteren Zählers eine erneute Überprüfung und Messung des Ausgangsdrucks mit sich anschließender Druckdifferenzbestimmung. Dieser Vorgang kann sich gemäß Ausführungsbeispiel bis zu 120 mal wiederholen. Ist die maximale Zahl der Überprüfungsroutinen abgewickelt, wird der diesbezügliche Zähler 0 gesetzt und die Lecksuche als beendet erklärt, d.h. es erfolgt ein Übergang in den Zapfbetrieb.
Alles in allem gelingt es mit der vorstehend beschriebenen Anordnung sowie dem zugehörigen Verfahren, eine Überwachung von Rohrleitungssystemen einzurichten, welches neben dem gewünschten Überprüfen aller Verbraucher und der gesamten Rohrleitung noch die Möglichkeit schafft, die Wasserversorgung am Übergabepunkt der zu überwachenden Einrichtung abzustellen, so dass ein eventueller Schaden erfolgreich verhindert werden kann und damit Wasserschäden oder ein hoher anfallender Wasserverbrauch mit entsprechenden Kosten verhinderbar ist.
Bezugzeichenliste
1 Hausanschluss
2 Wasserverteilung
A erster Drucksensor B zweiter Drucksensor
3 Magnetventil

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur aktiven Überwachung von Rohrleitungen, welche unter Druck stehende fluide Medien führen, sowie von an der jeweiligen Rohrleitung oder dem Rohrleitungssystem angeschlossenen Verbrauchern mittels Differenzdruckmessung, wobei bevorzugt am oder hinter dem Übergabepunkt zwischen Versorgungseinrichtung und Verbraucheranschluss laufend oder in vorgegebenen Zyklen überprüft wird, ob über einen vorbestimmbaren Zeitraum ein permanenter und nahezu gleichbleibender Verbrauch vorliegt, wobei in diesem Falle auf einen abnormalen Zustand, beispielsweise ein Leck geschlussfolgert wird und eine Alarmauslösung und/oder Absperrung des nachge- ordneten Rohrleitungssystems erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß im Leckbestimmungsbetrieb ein am oder hinter dem Übergabepunkt vorgesehenes Ventil das nachgeordnete Rohrleitungssystem absperrt, wobei der momentan vorliegende Eingangsdruck ermittelt und abgespeichert wird, hiernach der Druckabfall unter Rückgriff auf den abgespeicherten Eingangsdruck und den gemessenen Ausgangsdruck bestimmt und dann überprüft wird, ob der bestimmte Druckabfall pro Zeiteinheit einen vorgegebenen Wert überschreitet, woraus auf einen Fehler im Rohrleitungssystem geschlussfolgert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Zapfbetrieb ein am oder hinter dem Übergabepunkt vorgesehenes Ventil geöffnet ist oder wird und eine Erfassung von Änderungen der Druckdifferenz der Druckwerte vor und hinter dem Ventil erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei sich über einen vorgegebenen Zeitraum nicht mehr ändernden Druckdifferenzwerten ein Betriebsmoduswechsel erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein permanenter Wechsel zwischen Leckbestimmungsbetrieb und Zapfbetrieb vorgenommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel in Abhängigkeit von ermittelten Druckschwankungen, verursacht durch Verbraucherzapfstellen, ausgelöst wird,
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Alarmmeldung oder Alarmweiterleitung über ein öffentliches Telekommunikationssystem oder ein Funksignal vorgenommen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlerwerte abgespeichert werden, wobei eine Alarmauslösung und/oder Absperrung des Systems dann erfolgt, wenn die Fehlernummer einen Schwellwert überschreitet.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Betrieb von Verbrauchern mit beabsichtigter langer, konti- nuierlicher Medienentnahme ein Volumenstrom variierendes Element eingesetzt wird, wobei dieses Element die verbraucherbedingte Durchflussrate periodisch oder stochastisch ändert.
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